2019_20学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步5电磁波的发现及其应用课件（必修）.pptx

5 电磁波的发现及其应用,主题3 电磁场与电磁波初步,学科素养与目标要求,物理观念： 1.了解麦克斯韦电磁场理论，了解电磁波的产生机理. 2.知道电磁波的特点，知道电磁场的物质性. 3.了解电磁波的应用及其带来的影响. 4.知道光是一种电磁波，知道光的能量的不连续性. 科学态度与责任： 1.了解麦克斯韦在物理学发展中的贡献，体会其研究物理问题的方法. 2.了解电磁波在现代生活中的应用，激发热爱科学、献身科学的热情.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习,达标检测,课时对点练,预习新知 夯实基础,检测评价 达标过关,注重双基 强化落实,重点探究,启迪思维 探究重点,自主预习,一、麦克斯韦伟大的预言,1.变化的磁场产生电场 (1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的 ，电路里会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了 . (2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生 . 2.变化的电场产生磁场 变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生 ，即 的电场在空间产生磁场.,磁通量发生变化,电场,电场,磁场 变化,1.电磁波的产生：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起周期性变化的 ；这个变化的磁场又会引起新的_ 于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播. 这样由近及远地传播，就形成 . 2.特点 (1)电磁波 在真空中传播. (2)电磁波的传播速度等于 . (3)光在本质上是一种 . (4)光是以 形式传播的一种电磁振动.,二、电磁波,变化的电场,电磁场,电磁波,磁场,可以,光速,电磁波,波动,3.电磁波的波速 (1)波速、波长、频率三者之间的关系：波速 . 电磁波的波速c与波长、频率f的关系是c . (2)电磁波在真空中的传播速度c .,波长 频率,f,3.00108 m/s,1.按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱. 2.不同波长电磁波的特性 (1)无线电波 波长大于 mm(频率小于300 GHz)的电磁波是无线电波.无线电波用于_ 和 .,三、电磁波谱,波长 频率,1,通信,广播,(2)红外线 红外线是一种光波，它的波长比无线电波的波长 ，比可见光 . 所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射 .我们看不见红外线. 利用 可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、预报风暴和寒潮. (3)可见光 可见光的波长在400760 nm之间.,短,长,强,红外线遥感,(4)紫外线 波长范围在5370 nm的电磁波是紫外线.可以利用紫外线 .人体接受适量的紫外线照射，能促进 的吸收，改善身体健康.在紫外线的照射下，许多物质会发出 ，根据这个特点可以设计防伪措施. (5)X射线和射线 波长比紫外线更 的电磁波就是X射线和射线.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变.X射线能够穿透物质，可以用来_ . 波长最 的电磁波是射线，它具有更高的能量.在医学上可以治疗某些癌症，还可用于探测金属部件内部的 .,灭菌消毒,钙,荧光,短,体内部器官,检查人,短,缺陷,即学即用,判断下列说法的正误. (1)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场.( ) (2)电磁波在空气中可以传播，在真空中不能传播.( ) (3)光在真空中的速度与电磁波在真空中的速度相同，光是一种电磁波. ( ) (4)无线电波、可见光、红外线、紫外线都属于电磁波.( ),重点探究,一、麦克斯韦电磁场理论,1.变化的磁场产生电场 如图1所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关.导体环的作用只是用来显示电流的存在.,图1,注意：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.,2.变化的电场产生磁场 根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场.(如图2所示).,图2,3.小结 (1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场也在周围空间产生磁场. (2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场. (3)振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场. (4)周期性变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，就是电磁场，而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波.,例1 (多选)关于电磁场理论的叙述正确的是 A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C.变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场,解析 变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A正确； 若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错.,二、电磁波,1.电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波. 2.电磁波的特点 (1)电磁波的传播不需要介质.在真空中传播速度等于光速c3.00108 m/s. (2)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程. (3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波. (4)电磁波是电磁场在空中的传播，电磁场是一种客观存在的物质场物质. (5)电磁波具有波的一切特性，能够发生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象.,3.麦克斯韦电磁理论的实验验证 赫兹在实验室研究证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波与光具有相同的性质，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论. 4.电磁波波速与波长和频率的关系 (1)波长、波速、频率的概念 在一列水波中，凸起的最高处叫做波峰；凹下的最低处叫做波谷.相邻的两个波峰(或波谷)的距离叫做波长. 在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少. 用来描述波传播快慢的物理量叫做波速.,(2)波速、波长、频率之间的关系： 波速波长频率 (3)对于电磁波，用表示电磁波的波长、f 表示频率、c表示波速，则有cf，电磁波在真空中的传播速度c3.00108 m/s.,例2 (多选)下列关于电磁波的说法中正确的是 A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波 B.电磁波的传播需要介质 C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在 D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的,解析 要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误； 电磁波是物质波，电磁波的传播不需要介质，B选项错误； 电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确； 电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确.,例3 电磁波在真空中传播的速度c是3.00108 m/s，有一个广播电台的频率f90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长为 A.2.70 m B.270 m C.3.00 m D.3.33 m,三、电磁波谱,1.电磁波谱 电磁波谱的顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线.它们共同构成了范围广阔的电磁波谱.,2.不同波长的电磁波的比较,例4 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象.请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上. (1)X光机，_.,解析 X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线，选D.,(2)紫外线灯，_.,解析 紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选C.,D,C,(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好.这里的“神灯”是利用_. A.光的全反射 B.紫外线具有很强的荧光作用 C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X射线具有很强的穿透力 E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射,E,解析 “神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选E.,四、光的能量,1.光是一种电磁波，光能发生反射、折射、干涉、衍射和偏振，光具有波的一切特征. 2.普朗克的能量子概念 (1)能量子：普朗克认为微观世界带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量叫做能量子，h，其中h叫做普朗克常量，实验测得h6.631034 Js，为电磁波的频率.,(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化.量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离. 3.爱因斯坦的光子说 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子.频率为的光子的能量为h. 4.光的波粒二象性 光子说说明光具有粒子性，光的干涉、衍射说明光具有波动性.所以光既具有波动性，也具有粒子性，即光具有波粒二象性.,例5 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400700 nm.400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？,答案 见解析,达标检测,1.(电磁波)(多选)关于电磁场和电磁波的说法中正确的是 A.电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场 B.电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波 C.电磁波在真空中的传播速度是3108 m/s D.电磁波是一种物质，可以在真空中传播,1,2,3,4,5,2.(电磁波)(多选)关于电磁波，下列说法正确的是 A.麦克斯韦用实验成功地证明了电磁波的存在 B.电磁波的传播不需要借助任何介质 C.电磁波的传播过程是电磁场能的传播过程 D.均匀变化的电场一定能形成电磁波,1,2,3,4,5,解析 麦克斯韦提出电磁理论，赫兹用实验证明了电磁波的存在，A错误； 电磁波可以在真空中传播，B正确； 电磁波是将电磁场能传播出去，C正确； 均匀变化的电场形成的磁场是稳定的，无法形成电磁波，D错误.,3.(电磁波谱)下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是 A.红外线、紫外线、可见光、射线 B.射线、紫外线、红外线、可见光 C.射线、紫外线、可见光、红外线 D.红外线、可见光、紫外线、射线,1,2,3,4,5,4.(电磁波的特性)(多选)关于电磁波谱，下列说法中正确的是 A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B.射线是波长最短的电磁波，它的频率比X射线还要高 C.紫外线的频率比紫光低 D.在电磁波谱中，穿透能力最强的是X射线,1,2,3,4,5,解析 X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，选项A正确； 射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，选项B正确； 在电磁波谱中从无线电波到射线，波长逐渐减小，频率逐渐增大，紫外线的频率比紫光高，在电磁波谱中射线的穿透能力最强，故选项C、D错误.,5.(光能量的量子化)已知某单色光的波长为，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子的值为,1,2,3,4,5,故A选项正确.,课时对点练,一、选择题 考点一 麦克斯韦电磁场理论 1.(多选)下列说法中，正确的有 A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特 B.电磁感应现象是法拉第发现的 C.建立完整的电磁场理论的科学家是麦克斯韦 D.最早预言电磁波存在的科学家是赫兹,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 最早预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，赫兹用实验证明了电磁波的存在，D项错误； 由物理学史的知识可知，A、B、C都是正确的.,2.(多选)按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是 A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场 B.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场 C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变 化的电场 D.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场.对此理论全面正确的理解为：恒定的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化磁场或不变化磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，由变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为B、D.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3.(多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是 A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B.变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的 C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的 D.周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,4.(多选)某电场中电场强度随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是,解析 根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确.,考点二 电磁波的理解 5.(多选)下列关于机械波与电磁波的说法正确的是 A.声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气 B.水波的传播需要水，没有水就没有水波 C.电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出来 D.电磁波的传播速率等于光速，不受其他因素影响,解析 机械波的传播需要介质，在真空中不能传播；电磁波可以在真空中传播，选项A、B正确，C错误； 电磁波只有在真空中的速度才等于光速，选项D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考点三 电磁波谱及电磁波的应用 6.(多选)关于光波和无线电波，下列说法正确的是 A.都是电磁波 B.都可以在真空中传播 C.在真空中的传播速度都是3108 m/s D.二者的波长、频率均相同,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 光波和无线电波本质上都是电磁波，都可以在真空中传播，在真空中传播的速度都是3108 m/s，所以A、B、C对； 光波和无线电波波长、频率不同，所以D错.,7.(多选)在电磁波谱中，下列说法正确的是 A.各种电磁波有明显的频率和波长区域界限 B.射线的频率一定大于X射线的频率 C.X射线的波长有可能等于紫外线波长 D.可见光波长一定比无线电波的短,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 X射线和射线、X射线和紫外线有一部分频率重叠，界限不明显，故C、D选项正确.,8.关于电磁波的特性和应用，下列说法正确的是 A.红外线和X射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B.过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C.电磁波频率最大的是X射线 D.紫外线和X射线都可以使感光底片感光,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 X射线有很高的穿透本领，常用于医学透视人体，红外线没有，A错误； 过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B错误； 电磁波中频率最大的是射线，C错误.,9.关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是 A.电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同 D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 无论是电磁波还是声波，都可以传递能量和信息，则A项错误； 太阳光中的可见光和医院“B超”中的超